Presentatie door Anke Becker, Meinard Tiessen en Iris Niesten, Deltares, op het D-HYDRO Symposium 2018, tijdens de Deltares Software Dagen - Editie 2018. Woensdag, 6 juni 2018, Delft.

1. Roosterontwikkeling in D-HYDRO
Deltares Software Dagen 2018
6 juni 2018
Anke Becker, Menno Genseberger, Julien Groenenboom,
Jurjen de Jong, Theo van der Kaaij, Iris Niesten,
Meinard Tiessen, Jelmer Veenstra, Remi van der Wijk,
Firmijn Zijl

2. Inleiding
- D-HYDRO Suite biedt veel vrijheid en mogelijkheden ten opzichte
van curvi-lineaire roosters
2

3. Inleiding
- D-HYDRO Suite biedt veel vrijheid en mogelijkheden ten opzichte
van curvi-lineaire roosters
- In verschillende pilots zijn (deel van) de mogelijkheden en grenzen
onderzocht
- Eisen rooster gebaseerd op gewenste toepassing en functionaliteit
- Verschillende implementaties en toepassingen voor verschillende
gebieden

4. Inleiding
Doel
Weerspiegeling geven van verschillende methodes, gedachtes, en
aandachtspunten bij het genereren van D-Flow FM rekenroosters
- Meren: Markermeer
- Rivieren: Rijntakken
- Zeeën: Noordzee
- Estuaria: Oosterschelde
- Open vragen en discussie
Wie maakt roosters voor D-HYDRO Suite?

5. Geïdealiseerde toepassing D-HYDRO Suite
Waddenzee
5

6. Geïdealiseerde toepassing D-HYDRO Suite
Mogelijkheden
- Langgerekte cellen in snelstromende delen (geen tijdstapbeperking)
- Grotendeels geulen volgend
- Detaillering mogelijk mbt driehoeken
- Uitlijning langs kusten
Beperkingen
- Veel gebiedskennis en systeeminzicht nodig
- Grote variatie in rekencelgrootte:
mogelijk invloed op rekentijden
- Tijdrovend om op te zetten
- Migratie van geulen kan niet worden meegenomen

7. Meren: Markermeer
Vereiste toepassingen rooster:
2D:
- Waterstanden
- Golfoploop/-overslag
- Stroming (2D, ivm golven)
3D (toekomst):
- Stofverspreiding (2D en 3D)
- Effectstudies ecologie en slib (MER, MIRT)
- Mogelijk: Golfmodellering
- Geen dominante richting in stroming of
bodem
- Wens voor grote mate van detaillering
kusten en kunstwerken

8. Markermeer
Basisprincipes rooster:
- Detail langs kusten en
kunstwerken
- Om aantal cellen te beperken:
Variabele celgrootte
Langs kust: 50m, centrale deel
400m, verfijning bij kunstwerken
(maar met geleidelijke
overgangen)
- Door beperkte stroomsnelheden:
beperkte mate
tijdstapbeperkingen
- Volledig driehoekig (oa. tbv
golfmodellering)
- Geautomatiseerd (waar mogelijk),
ahv polygonen
50 m
200 m
400 m

9. Markermeer
Flexibel driehoekig rooster:
Verfijning nabij kunstwerken

10. Markermeer
Mogelijkheden
- Detaillering langs kusten, kades en kunstwerken
- Grove cellen in centrale gebied
Beperking rekentijd (door beperking cellen en lage
stroomsnelheden)
- Geautomatiseerde roosteropzet (ook reproduceerbaar)
- Mogelijke toepassing voor UnSWAN
Beperkingen
- Grote cellen mogelijk nadelig voor stoftransport
- Driehoekige cellen leiden mogelijk tot meer numerieke
diffusie

11. Rivieren: Rijntakken
Karakteristieken:
• Afvoergedreven  dominante stromingsrichting
• Stroomsnelheden kunnen hoog zijn
• Onderscheid zomerbed / hoofdgeul en uiterwaarden
Drie voorbeelden van gemaakte keuzes:
• (Niet specifiek: Rooster Zomerbed, want kromlijnig)
• Roostervorm in het winterbed
• Detail van uitlijning in winterbed
• Strategisch plaatsen kleine cellen
Stappenplan roosterontwikkeling

12. Rivieren – Roostervorm in het winterbed
Vierhoeken
• Minder numerieke diffusie
• Groter volume: minder rekentijd
• Uitlijning is handwerk
Driehoeken
bron: Hydrotec
Aken, Duitsland
• kleine en minder mooie cellen
omdat “dwanglijnen” dicht bij elkaar liggen
• Geen dominante stroomrichting

13. Rivieren – Detail van uitlijning
Volgen van stroombanen Volgen van belangrijke kades
Grensmaas Waal

14. Rivieren – Strategisch plaatsen kleine cellen
Diepe plas
Eiland

15. Roosterontwikkeling Rivieren
15
1. Gebruik polygonen zomerbed (Baseline) voor opzetten kromlijnig rooster
takken (semi-geautomatiseerd, Interacter)
2. Koppeling splitsingspunten (handwerk, Interacter)
3. Uitgroeien rooster in uiterwaarden (semi-geautomatiseerd, Interacter)
4. Knopen, snijpunten en overgangen uitwerken (deels handwerk, Interacter)

16. Rivieren – Strategisch plaatsen kleine cellen
Mogelijkheden
- Langerekte cellen in snelstromende delen: Korte rekentijd
- Weinig rekencellen in uiterwaarden: Korte rekentijd
- Grotendeels geulen volgend
- Mogelijkheid tot uitlijning langs kades en kunstwerken
Beperkingen
- Veel gebiedskennis en systeeminzicht nodig
- Tijdrovend om op te zetten

17. Alternatief: rivieren
(WSV)
spoorlijn volgend
regelmatige driehoeken
in gebieden zonder
“dwanglijnen”
zomerbed
curvilineair
- Zomerbed curvilineair rooster, uitgelijnd aan normaallijnen, zoals in RWS-modellen
- Winterbed opgevuld met onregelmatige driehoeken
- Goede uitlijning aan belangrijke structuren (zomerdijken, banddijk), daarmee
nauwkeuriger
- Makkelijker vergroven/verfijnen rooster
− Geautomatiseerde roostergeneratie (algorithmes nog niet beschikbaar in RGFGRID)
− Echter: Voorgegeven lijnen moeten
− ‘Glad’ zijn
− Niet te dicht bij elkaar liggen (anders te kleine roostercellen)

18. Zeeën: Noordzee (DCSM-FM)
- Ontwikkeling D-HYDRO rooster op basis van
ervaring en gebruik bestaande
Noordzeemodellen
- Twee schematisaties:
- DCSM-FM (0.5 nm) – ensemble
voorspellingen en 3D
- DCSM-FM (100 m) – deterministisch
- 2D en 3D variant (incl. zout en temperatuur)
- Toepassingen: Operationale waterstanden
(WMCN-KUST, HMC), stroming en transport
(waterkwaliteit, ecologie, 3D
randvoorwaarden, olieverspreiding, SAR).

19. DCSM-FM
• Courant-rooster
• Relatief weinig werk om grid te genereren
• Gebruik van beperkt aantal driehoeken voor
verfijningen (factor 2)
• Enkele handmatige aanpassingen van
polygonen (hoge stroomsnelheden t.p.v.
resolutieovergang, diepe estuaria)
• Gebruikte software:
• Interacter
• MATLAB
Roostergeneratie:
• Courant-rooster o.b.v. polygonen
19

20. DCSM-FM – resolutie
naut.
miles
4 2 1 0.5
mete
r
7200 3600 1800 900

21. DCSM-FM Fijn – resolutie
naut.
miles
4 2 1 0.5 0.25
0.12
5
0.06
25
mete
r
7200 3600 1800 900 450 200 100
21

22. Grid optimization and computational times
Introducing a partially coarser grid in DCSM-FM (1nm):
• Maximum allowed numerical time step increasing from 120s to 200 s
• With the upgraded flexible resolution grid and increased time step, the model is 4 times faster
• Additional computational time now used for refining shallow area’s (0.5nm and 100m)
Model
Resolution
Comp. time
(min/day)*
Comp. time
(hr/yr)*
Avg. time step
(s)
# nodes
DCSMv6 1nm 1.6 10.0 120 859,217
DCSM-FM (1nm ) 4nm-1nm 0.4 2.5 199 373,522
DCSM-FM (0.5nm) 4nm-0.5nm 1.2 7.5 118 629,187
DCSM-FM (100m) 4nm-100m 7.9 48.2 35 1,504,480
Ensemble with 50 members (based on ECMWF EPS)
Deterministic forecast (based on ECMWF IFS and Hirlam/Harmonie)
*On 20 CPU cores
•Substantial improvement in resolution (and predictive skill) compared to the original model
•Shorter computational times (for 0.5nm), compared to the original model
•Grid not intended to follow coastlines or structures

23. Estuaria: Oosterschelde
D-HYDRO model is nog in ontwikkeling, in pilot geleerde lessen:
• Verschillende roosters:
• Op basis van 5e generatie WAQUA-model
• Deels verdriehoekt (oa. zeegedeelte)
• Voorkeur voor driehoekig rooster
vanwege wens om:
• Kustlijnen te volgen
• Uit te lijnen op kunstwerken
• Uit ervaring:
• Hoge stroomsnelheden i.c.m.
kleine cellen rond
resolutieovergangen en door
onregelmatige cellen 
tijdstapsbeperkingen

24. Oosterschelde
Aanpak roostergeneratie:
• Regelmatig/uniform driehoekig
rekenrooster
Zeedeel:
100 m
Nabij OSK:
40 m
In estuarium:
100 m
Langs kust:
50 m
• Verfijning en boundary-fitten
langs de kust
• Uitlijning met belangrijke
kunstwerken
• Geen resolutieovergang nabij
Oosterscheldekering (ivm
stroomsnelheidsbeperking
rekentijdstap)

25. Oosterschelde
Roostergeneratie
• Uitlijning met belangrijke kunstwerken
• Geen resolutieovergang nabij Oosterscheldekering

26. Oosterschelde
Methodiek roosteropzet:
Efficient en reproduceerbaar door
gebruik polygonen:
1. Regelmatig roosters (Matlab)
2. Polygonen voor overgangen
(Baseline, Interacter)
3. Aanmaken randroosters en
overgangen (RGFGRID)
27

27. Oosterschelde
Methodiek roosteropzet:
Efficient en reproduceerbaar door
gebruik polygonen:
1. Regelmatig roosters (Matlab)
2. Polygonen voor overgangen
(Baseline, Interacter)
3. Aanmaken randroosters en
overgangen (RGFGRID)
Eigenschappen rooster:
• Aantal netnodes: ~93 duizend
• Aantal flownodes: ~180 duizend
• Resolutie: ~45-50-100m
• Gemiddelde tijdstap: 10,6s
• Rekentijd: ~1d/jaar (20 partities)
28

28. Samenvattend
• D-HYDRO Suite biedt meer vrijheid dan kromlijnige roosters
• Invulling van roosters wordt daarmee flexibeler
Noodzaak tot afweging mogelijkheden D-HYDRO Suite voor
roostergeneratie
• Verschillende gebieden stellen verschillende eisen:
• Te beschrijven processen
• Eigenschappen gebied (estuarium, rivier, meer, zee)
• Gewenste resolutie (lokaal)
• Rekentijd
• Daarnaast speelt ook ervaring, expertise en de benodigde inspanning en
systeemkennis mee in de roosterontwikkeling
• Roosterontwikkeling voorlopig met behulp van verschillende software:
RGFGRID, Interacter, Matlab, Python, etc.

29. Discussie
Lopend onderzoek (Deltares)
- Overgangen tussen gebieden en rooster typen:
- Onzekerheid over te gebruiken methode, en mate van nauwkeurigheid
- Meren / rivieren, zeeën / estuaria
30

30. Discussie
Lopend onderzoek (Deltares)
- Overgangen tussen gebieden en rooster typen:
- Onzekerheid over te gebruiken methode, en mate van nauwkeurigheid
- Meren / rivieren, zeeën / estuaria
- Testen roosters voor bredere toepassingen: Golven (D-Waves met
SWAN), transport (3D), morfologie (D-Morphology)
- 6de generatie roosters moeten in veel gebieden 3D toepassing niet in
de wegstaan
- Onzekerheid over toepassing verschillende roostervormen in 3D
- Toekomst: Mogelijk koppeling met 1D takken (bijvoorbeeld Biesbosch)

31. Discussie
Eigen ervaringen uit publiek?
- Invulling vrijheden D-HYDRO Suite
- Afweging belangen en toepassingen
- Afweging inspanning en benodigde systeemkennis
- Keuzes maken op “overgangspunten”
- Roosterontwikkeling:
- Makkelijke en moeilijke punten
- Wensen voor RGFGRID
- Gebruik andere software voor roosterontwikkeling

32. Einde
33
Vragen?